Tim nhân tạo - Một thách thức lớn

Sắp tới, một công ty của Pháp sẽ lắp tim nhân tạo (TNT) cho 4-6 bệnh nhân. Ðề án này được chuẩn bị cách đây 20 năm trong kế hoạch của Alain Carpentier - nhà phẫu thuật tim tại Bệnh viện châu Âu Georges Pompidou và hiện là Chủ tịch Viện Hàn lâm khoa học. Ông cũng là nhà sáng chế van tim giả đã được lắp đặt vào cơ thể hơn 1 triệu bệnh nhân. Thành công van tim đã mang lại cho các nhà sáng chế một trong những giải thưởng y học danh giá nhất: Giải thưởng Lasker.

Carmat - một công ty của Pháp đang chuẩn bị đưa quả TNT vào cơ thể người. Quả tim được thiết kế để tránh sự hình thành các cục máu đông và thích ứng với sinh lý người bệnh. Chế tạo quả TNT có thể thay thế quả tim thật của người suy yếu quả là một việc hóc búa xét về mặt công nghệ. Bởi thế, các thầy thuốc tim mạch trên toàn thế giới đã được huy động hơn nửa thế kỷ nay. Tuy nhiên, một số mẫu TNT cho tới nay vẫn chưa đáp ứng được sự mong đợi: cục máu còn hình thành - nguồn gốc của tai biến mạch máu não, TNT còn chưa thích ứng với hoạt động thân thể của người bệnh, các bộ phận còn cồng kềnh.

Hai mươi năm trời phiêu lưu
Đầu thập niên 1990, Alain Carpentier hướng về Jean-Luc Lagardère - ông chủ Công ty Matra chuyên về hàng không vũ trụ. Ông đề nghị nhà công nghiệp này giúp đỡ tài chính và nhân lực để thiết kế TNT. TNT là sự chuyển đổi công nghệ van tim nhân tạo của Alain Carpentier và quả tim đó sẽ được hưởng kỹ thuật của ngành hàng không về thu dẫn, vi tiểu hình hóa và mô phỏng số. Vì vậy mà Tập đoàn Carmat ra đời với sự kết hợp giữa Carpentier và Matra. Đề án này được giữ kín một thời gian dài.
Có 3 thế hệ nguyên mẫu ra đời giữa năm 1995 và 2004. Tháng 11/2010, phiên bản tim cuối cùng đã sẵn sàng: một kết tinh công nghệ nặng 900g, thể tích 0,75 lít và chỉ sử dụng lượng điện năng là 27 watt. Mẫu mới nhất này phải chứng minh được khả năng của nó khi lắp vào cơ thể người. Đây là giai đoạn quyết định bởi các kết quả tốt đẹp trong phòng thí nghiệm không hoàn toàn đảm bảo thành công trên người.

Nghiên cứu chế tạo tim nhân tạo.

TNT “made in France” khác với tim người ở chỗ không có tâm nhĩ - các khoang thu nhận máu trước khi đẩy máu vào các tâm thất bên dưới. Khi ghép, nhà phẫu thuật sẽ giữ các tâm nhĩ của bệnh nhân và sẽ đặt TNT bên dưới, thay cho các tâm thất lấy ra. Tim giả gồm có 2 tâm thất và 4 van nhân tạo bên dưới có vai trò như van của quả tim người. Qua van thứ nhất, tâm thất phải thu hồi máu nghèo ôxy đi đến qua tâm nhĩ phải của bệnh nhân. Tiếp đến tâm thất phải này sẽ bơm máu vào động mạch phổi qua van thứ hai. Bằng chính hệ thống này, tâm thất trái đến lượt mình sẽ thu lấy máu giàu ôxy trong tâm nhĩ trái của bệnh nhân và đẩy nó vào trong động mạch chủ.
Máu luân chuyển trong các tâm thất là do có hai màng mềm, sau nó có dầu silicon tuần hoàn. Từng chu kỳ, các bơm vi tiểu hình hóa đẩy dầu silicon sát vào các màng, các màng này dịch chuyển và đẩy máu đến động mạch chủ và động mạch phổi, sau đó các bơm lại hút dầu silicon, các màng giãn ra và máu đi vào các tâm thất. Các màng co lại rồi giãn ra như các thành của một tâm thất tự nhiên do vậy mà tạo lại nhịp đập tim. Các bơm được điều khiển bởi bộ vi xử lý thích ứng vận hành của bơm trên cơ sở thông tin được các bộ thu dẫn cung cấp.
Tương hợp máu

Một trong những tham vọng của Alain Carpentier là tránh cho các vật liệu của tim nhân tạo khi tiếp xúc với máu gây ra phản ứng đông tụ, dẫn đến hình thành cục máu đông. Bạch cầu và các tiểu cầu trong máu coi phần lớn vật liệu làm nên TNT là những vật thể lạ và khởi động phản ứng đông tụ, dẫn đến tai biến mạch não. Để tránh hiện tượng này, các kỹ sư của Carmat đã dựa vào công nghệ hoàn hảo để chế tạo ra van nhân tạo của Alain Carpentier.

 

Các vật liệu đều tương hợp với máu. Khi tiếp xúc, máu không bị đông, các hồng cầu không bị biến chất. Để được sử dụng làm TNT, màng tim được xử lý để cơ thể người không coi nó là vật thể lạ và đào thải ra. Bên trong tâm thất, màng tim này phủ kín mặt bên của các màng chuyển động khi tiếp xúc với máu. Giàu sợi colagen nên màng tim vừa mềm, vừa chịu được ứng suất cơ học cho nên đặc biệt phù hợp với các màng chuyển động. Hiện nay, TNT của Carmat duy nhất trên thế giới có sử dụng vật liệu sinh học tương thích với máu. Nó cho phép giảm tối đa điều trị chống đông tụ máu. Thử với máu người, các kết quả thu được đều rất tốt.

Vận hành trôi chảy
Tất cả các vật liệu khác của TNT khi tiếp xúc với các mô của bệnh nhân đều là vật liệu tổng hợp tương thích sinh học, hợp kim nhẹ và bền, không bị đào thải. Để giảm nguy cơ hình thành cục máu đông, các kỹ sư đã tối ưu hóa hình dạng các khoang trong tâm thất. Các khoang này được thiết kế để hạn chế các xáo động. Mô phỏng số cho thấy, 99,5% máu chứa trong các tâm thất được lưu thông hoàn toàn sau 5 nhịp đập.
Tự điều tiết
Nhờ có vi điện tử tiên tiến, TNT sẽ làm cho lưu lượng máu thích ứng một cách tinh vi với nhu cầu sinh lý của người bệnh luôn thay đổi. Hệ thống tự điều tiết này là một tiến bộ công nghệ. Thật vậy, đây là hệ thống duy nhất tạo được áp lực máu gần giống với áp lực của tim tự nhiên.
Nếu như phần điện tử của tim được hoàn hảo rồi thì việc cấp điện cho nó đang được hoàn thiện. Lúc đầu, có dây đưa vào phần bụng nối được TNT với pin đeo ngoài cơ thể, cứ 4 giờ nạp một lần, tất cả nặng tới 6kg. Để giải quyết vướng mắc này, Carmat sẽ triển khai pin nhiên liệu nặng chưa đến 3kg, dày 2mm, chạy trong 12 giờ và hy vọng hoàn chỉnh vào năm 2013.
Để thử độ tin cậy và độ bền, việc thử trên động vật bị hạn chế bởi phần lớn chúng không ở tư thế thẳng đứng, mạch máu to sắp xếp vị trí khác nhau, thành phần máu cũng khác.

Nguyễn Thanh Hà (Theo La Recherche)